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研究生: 林奕辰
Lin, Yi-Chen
論文名稱: 聚乳酸/水滑石奈米複合材料之製備以及其性質的研究
Study on the Preparation and Properties of the LDHs/poly(lactic acid) nanocomposites
指導教授: 陳志勇
Chen, Chuh-Yung
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 化學工程學系
Department of Chemical Engineering
論文出版年: 2011
畢業學年度: 99
語文別: 中文
論文頁數: 71
中文關鍵詞: 水滑石聚乳酸奈米複合材料
外文關鍵詞: LDH, Poly(lactic acid), Nanocomposites
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  • 水滑石為一種易於人工合成的層狀材料,可以用以代替一般所常用的層狀矽酸鹽類製做奈米複材,本研究以共沉澱法合成乳酸寡聚物插層之水滑石(LDH-L),再將其與聚乳酸聚合物進行混摻,以製得具剝層分散之奈米層狀聚乳酸複合材料。其中,LDH-L以XRD分析其層間距(層間距為1.47nm),並以TEM觀測其層狀結構。研究中先分別於155、180、200℃將鏈延長劑與聚乳酸混摻後,藉由GPC及DSC分析得知使用200℃的混摻温度能夠較快得到高分子量及好的結晶性之聚乳酸。另一方面,本文再以EBA作為LDH的插層助劑製成LDH-L(EBA)。LDH-L(EBA)及鏈延長劑與聚乳酸進行熔融混摻後,以XRD、SAXS、TEM分析得知其為插層型奈米複合材料;經DSC與GPC量測結果得知鏈延長劑可以有效抑制水解,EBA及鏈延長劑能作為成核劑加快聚乳酸結晶,而水滑石層板則會降低結晶速度;從DMA得知水滑石之添加亦可增加了複材之剛性及玻璃轉移溫度;光學顯微鏡的觀測結果也同樣的顯示出複材的成核點數確實隨LDH-L(EBA)添加而大幅增加,且聚乳酸結晶尺寸變小。最後,本文測試添加水滑石之聚乳酸奈米複合材料之氣體透氣性,結果顯示複材之氮氣透過率從0.984降至0.295 barrier,二氧化碳透過率從0.729降至0.226 barrier,成功地達到提升阻氣性的效果。

    It is convenient to synthesize Layered double hydroxides (LDH) that can be used as an alternative to the commonly used silicate crystals for the preparation of polymeric nanocomposites. In this work, we synthesized organol LDHs (LDH-L) which is modified by oligomer of lactic acid via co-precipitation method. The basal space of LDH-L was investigated by XRD (basal space : 1.47nm), and the structure of LDH-L was investigated by means of FT-IR,EDS,EA,ICP Mass and TGA. The morphologies were observed by TEM. We prepared chain extender/PLA composite by melt-mixing at different temperature. The molecular weight and crystallization behavior of these composites were characterized by GPC and DSC. The results suggest that preparation of the nanocomposites at 200oC is preferred . Then we prepared LDH-L(EBA) by intercalation of EBA. After that we prepared LDH-L(EBA)/chain extender/PLA nanocomposite by melt-mixing. The dispersion of LDH-L(EBA) were investigated by means of XRD,SAXS,TEM. It can be found that the intercalated nanocomposites were obtained by melting compound. Then we characterized the nanocomposites by using DSC,GPC,POM,DMA. It was found that the incorporation of EBA and chain extender can function as nucleate agent by increasing the crystallization rate of PLA. However, the crystallization rate of PLA decreases with the addition of LDH-L. The stiffness of the nanocomposites and Tg increase with the addition of LDH-L. Besides, the gas permeability of the nanocomposites decrease with the addition of LDH-L. For nitrogen barrier analysis, the LDH-L(EBA)/PLA nanocomposites dropped from 0.984 to 0.295 barrier. For carbon dioxide barrier analysis, the nanocomposites dropped from 0.729 to 0.226 barrier.

    總目錄 摘要 I Abstract II 誌謝 III 總目錄 i 圖目錄 iii 表目錄 v 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2研究動機 3 第二章 文獻回顧 4 2.1LDH介紹 4 2.1.1LDH的結構與特性 4 2.1.2LDH的製備 7 2.2層狀材料/高分子奈米複合材料 8 2.2.1層狀無機物/有機高分子奈米複合材料的型態分類 8 2.2.2LDH/高分子奈米複合材料的製備及相關文獻 10 2.3鏈延長劑(Chain extender) 14 第三章 實驗內容 18 3.1實驗藥品 18 3.2實驗儀器 18 3.3實驗步驟 19 3.3.1乳酸寡聚物插層有機化LDH之合成 19 3.3.2 Chain extender/PLA混煉 20 3.3.3 LDH-L(EBA)/PLA奈米複合材料的製備 20 3.4儀器分析方法 20 3.4.1 X-ray繞射分析(XRD) 20 3.4.2紅外線光譜分析(FT-IR) 20 3.4.3感應耦合電漿質譜分析(ICP) 21 3.4.4元素分析(EA) 21 3.4.5穿透式電子顯微鏡(TEM) 21 3.4.6微差掃描熱分析(非恆溫DSC) 21 3.4.7微差掃描熱分析(恆溫DSC) 21 3.4.8熱重分析儀(TGA) 22 3.4.9凝膠滲透層析儀(GPC) 22 3.4.10動態機械分析儀(DMA) 22 第四章 結果與討論 23 4.1LDH的鑑定 23 4.2鏈延長劑/PLA混煉溫度影響探討 26 4.2.1鏈延長劑/PLA分析―混煉溫度155℃ 26 4.2.2鏈延長劑/PLA分析―混煉溫度180℃ 29 4.2.3鏈延長劑/PLA分析―混煉溫度200℃ 31 4.3以200℃製備之LDH/PLA奈米複合材料分析 34 4.3.1LDH分散性分析 34 4.3.2LDH/PLA奈米複合材料分子量以及熱性質分析 38 4.3.3各組成比例奈米複材之DMA分析 54 4.4以180℃製備之LDH/PLA奈米複合材料分析 55 4.4.1 1wt%LDH-L(EBA)/1 phr chain extender/PLA分析 55 4.4.2 3wt% LDH-L(EBA)/3 phr chain extender/PLA分析 58 4.4.3 5wt% LDH-L(EBA)/5 phr chain extender/PLA分析 61 4.5各組成比例奈米複材之氣體透過率分析 64 第五章 結論 68 參考文獻 70   圖目錄 圖2- 1 LDH結構示意圖 4 圖2- 2 LDH受熱分解TGA圖 6 圖2- 3 層狀無機材料於高分子中分佈示意圖 10 圖2- 4 有機化LDH結構示意圖 11 圖2- 5 Epoxy-POSS的分子結構 15 圖2- 6 BOZ的分子結構 17 圖4- 1 (a)硝酸根插層LDH;(b)乳酸寡聚物插層LDH XRD圖 23 圖4- 2 乳酸寡聚物插層LDHFT-IR光譜圖 24 圖4- 3 乳酸寡聚物插層LDH(a)TGA;(b)DTG分析曲線 25 圖4- 4 乳酸寡聚物LDH TEM圖 25 圖4- 5 LDH-L EDS分析圖 26 圖4- 6 (a) 鏈延長劑/PLA以155℃混煉後DSC升溫段 27 圖4- 7 鏈延長劑/PLA以155℃混煉後GPC圖 28 圖4- 8 (a) 鏈延長劑/PLA以180℃混煉後DSC升溫段 29 圖4- 9鏈延長劑/PLA以180℃混煉後GPC圖 30 圖4- 10 鏈延長劑/PLA以200℃混煉後DSC圖(a)升溫段;(b)降溫段 31 圖4- 11鏈延長劑/PLA以200℃混煉後GPC圖 32 圖4- 12 各混煉溫度下PLA分子量與反應時間關係圖 33 圖4- 13 不同LDH添加比例於200℃下,不同混摻時間之XRD圖 (a) 1wt% LDH-L(EBA); (b) 3 wt% LDH-L(EBA);(c) 5wt% LDH-L(EBA) 35 圖4- 14不同LDH添加比例於200℃下混摻之SAXS圖 36 圖4- 15(a) 1wt% LDH-L(EBA)/PLA奈米複材TEM圖;(b) 3wt% LDH-L(EBA)/PLA奈米複材TEM圖;(c) 5wt% LDH-L(EBA)/PLA奈米複材TEM圖 38 圖4- 16 1wt% LDH-L(EBA)/1 phr chain extender/PLA以200℃混煉GPC圖 39 圖4- 17 1wt% LDH-L(EBA)/1 phr chain extender/PLA以200℃混煉DSC圖 40 圖4- 18 3wt% LDH-L(EBA)/1 phr chain extender/PLA以200℃混煉GPC圖 42 圖4- 19 3wt% LDH-L(EBA)/3 phr chain extender/PLA以200℃混煉GPC圖 43 圖4- 20 3wt% LDH-L(EBA)/3 phr chain extender/PLA以200℃混煉DSC圖 44 圖4- 21 1.5wt% EBA/PLA以200℃混煉DSC圖 45 圖4- 22 5wt% LDH-L(EBA)/5 phr chain extender/PLA以200℃混煉GPC圖 46 圖4- 23 5wt% LDH-L(EBA)/5 phr chain extender/PLA以200℃混煉DSC圖 47 圖4- 24 各混摻比例、混摻時間恆溫DSC圖 49 圖4- 25 各混摻比例、混摻時間以ln [-ln(1-Xt)]對ln (t)關係圖 50 圖4- 26 Pure PLA之POM圖 52 圖4- 27 1wt% LDH-L(EBA)/1 phr chain extender/PLA之POM圖 52 圖4- 28 3wt% LDH-L(EBA)/3 phr chain extender/PLA之POM圖 53 圖4- 29 5wt% LDH-L(EBA)/5 phr chain extender/PLA之POM圖 53 圖4- 30 不同添加比例LDH-L(EBA)/PLA之DMA圖 54 圖4- 31 1wt% LDH-L(EBA)/1 phr chain extender/PLA以180℃混煉GPC圖 56 圖4- 32 1wt% LDH-L(EBA)/1 phr chain extender/PLA以180℃混煉DSC圖 57 圖4- 33 3wt% LDH-L(EBA)/3 phr chain extender/PLA以180℃混煉GPC圖 58 圖4- 34 3wt% LDH-L(EBA)/3 phr chain extender/PLA以180℃混煉DSC圖 59 圖4- 35 5wt%LDH-L(EBA)/5 phr chain extender/PLA以180℃混煉GPC圖 61 圖4- 36 5wt%LDH-L(EBA)/5 phr chain extender/PLA以180℃混煉DSC圖 62 圖4- 37 不同添加比例LDH-L(EBA)/PLA氣體透過率長條圖 67   表目錄 表2- 1部份離子半徑 5 表4- 1 LDH-L EDS分析 26 表4- 2 鏈延長劑/PLA以155℃混煉後DSC數據 28 表4- 3 鏈延長劑/PLA以180℃混煉後DSC數據 30 表4- 4 鏈延長劑/PLA以200℃混煉後DSC數據 32 表4- 5 1wt% LDH-L(EBA)/1 phr chain extender/PLA以200℃混煉DSC數據 40 表4- 6 3wt% LDH-L(EBA)/3 phr chain extender/PLA以200℃混煉DSC數據 44 表4- 7 5wt% LDH-L(EBA)/5 phr chain extender/PLA以200℃混煉DSC數據 48 表4- 8各混摻比例、混摻時間恆溫結晶數據 51 表4- 9 1wt% LDH-L(EBA)/1 phr chain extender/PLA180℃混煉DSC數據 57 表4- 10 3wt%LDH-L(EBA)/3 phr chain extender/PLA180℃混煉DSC數據 60 表4- 11 5wt%LDH-L(EBA)/5 phr chain extender/PLA180℃混煉DSC數據 62 表4- 12 180℃以及200℃所製備之各組成比例的LDH奈米複合材料分子量整理 63 表4- 13 LDH-L(EBA)/chain extender/PLA 奈米複材薄膜N2氣體透過率 65 表4- 14 LDH-L(EBA)/chain extender/PLA 奈米複材薄膜CO2氣體透過率 66

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    無法下載圖示 校內:2021-12-31公開
    校外:不公開
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